单层厂房课程设计计算书

浙江理工大学建筑工程学院土木系

混凝土与砌体结构课程设计

班级10土木（1）班

学号J10220107

姓名董帅

指导教师杨予

日期13.6.28

单层厂房计算书

基本设计资料

1. 厂房的平面和立面布置:

(1)平面布置：装配车间跨度24m，总长102m，中间设伸缩缝一道，柱距6m，如图1所示。

(2)立面布置：基础顶面高程-0.5m，柱顶高程+12.4m，如图2。

2．吊车使用情况：

车间内设有两台200／50kN中级工作制吊车，其轨顶的设计标高10m。吊车的主要参数如下:

起重量Q（kN）跨度L k

（m）

最大轮压

P max（kN）

小车重

g（kN）

总重G+g

（kN）

轮距

K(mm）

吊车宽

B（mm）

200/50 22.5 215 78 320 4400 5550 3．厂房中标准构件选用情况:

(1)屋面板采用 G410（－）标准图集中的预应力混凝土大型屋面板，板重（包括灌缝在内）标准值为1.4kN／m2。屋面各层构造见下图。SBS改性沥青卷材或高分子复合防水卷材（二毡三油上铺小石子，去掉2%找坡，以20mm厚水泥砂浆找平层计算）等；做法示意如下：

(2)天沟板采用G410（三）标准图集中的JGB77-l天沟板，板重标准值为2.02kN／m。

(3)天窗架采用G316中的门型钢筋混凝土天窗架CJ-03，自重标准值为2x36kN／每榀，天窗端壁选用G316中的DB9-3，自重标准值2x60kN／每榀（包括自重、侧板、窗档、窗扇、支撑、保温材料、天窗电动启动机、消防栓等）。

(4)屋架采用G415（三）标准图集中的预应力混凝土折线形屋架，屋架自重标准值106kN ／每榀。

(5)吊车梁采用G425标准图集中的先张法预应力混凝土吊车架YXDL6-8，吊车梁高1200mm，自重标准值44.2kN／根，轨道及零件重1kN／m，轨道及垫层构造高度200mm。4．其他条件：

(1)基本风压：B类，ω0＝(0.3+学号最后两位/100)kN/m2。

(2)地质条件：车间所在场地，地坪下1.0m内为填土，填土下层4.5m内为均匀亚粘土(液性指数I l>0.85)，无软弱下卧层；未经深宽修正地基承载力特征值f ak＝180kN/m2，地下水位为-5.0m，无腐蚀性。

(3)屋面活荷载的取值：一班按规范取不上人屋面活载，

二班取不上人屋面活载＋0.1kN/m2

三班取不上人屋面活载＋0.2kN/m2。

四班取不上人屋面活载＋0.3kN/m2

(4)排架柱及基础材料选用情况

A:柱混凝土：一、二班同学取C25；三、四班同学取C30。

B:钢筋：纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HRB235级钢筋。

C:基础混凝土：采用C15；钢筋：采用Ⅰ级钢筋。

厂房结构选型与布置

1、屋面板

采用G410（一）标准图集中的预应力混凝土大型屋面板，板重（包括灌缝在内）标准

值为1.4kN ／m 2

(具体构造见任务书)。

2、天沟板

采用G410（三）标准图集中的JGB77-1天沟板，板重标准值为2.02kN ／m 。。 3、天窗架

采用G316中的门型钢筋混凝土天窗架CJ-03，自重标准值为2x36kN ／每榀，天窗端壁选用G316中的DB9-3，自重标准值为2x60kN ／每榀。

4、屋架

屋架采用G415（三）标准图集中的预应力混凝土折线形屋架，屋架自重标准值为106kN ／每榀。。

5、屋盖支撑自重0.05kN ／m 2

（沿水平面方向） 6、吊车梁

采用G425标准图集中的先张法预应力混凝土吊车架YXDL6-8，吊车梁高1200mm ，自重标准值44.2kN ／根，轨道及零件重1kN ／m ，轨道及垫层构造高度200mm 。

7、联系梁、过梁 均为矩形截面。 8、排架柱 下柱长：

1-=.l H =轨顶高轨道构造高度-吊车梁高-基础顶标高10-02-1.2-(-0.5)=9.1m

上柱长：

2=l H =柱顶标高-基础顶标高-下柱12.4-(-0.5)-9.1m=3.8m

由于t t Q t 202015≤=≤，1010.00.50.210.312k m H m ≤=+-=≤

10300

858.31212

k H h ≥

==。 91004552020l H b ≥=

= 由I 型柱细部尺寸表查得：b=500mm 时，取h=1000~1500mm ，所以选取b=500mm ，h=1200mm 。

所以排架柱上柱选用500mm mm ?500的正方形截面（如附图1）， 截面面积： 5

2

500500 2.510A mm =?=?， 截面的惯性矩：39411

5.21101212

x y I I bh mm 4==

=?500=?； 下柱为工字型截面（如附图1），取：

b=120mm, h=1200mm, '500f f b b mm ==,mm h h f f 190'

==, 截面面积：

251098.222

1

25)120500(2190)120500(1200120mm A ?=???-+??-+?=,

截面绕强轴的惯性矩：

4102

331061

.5)32512770(25)120500(212770)120500(1211200500121I mm x ?=?+??-??-?-?-??=

截面绕弱轴的惯性矩：

492331011.4)601903

1

(2119025120)3801200(1212500190121I mm y ?=+????+?-?+???=

附图1：柱子截面尺寸图

9、定位轴线

横向定位轴线均通过柱子截面的几何中心，但在两端与山墙的内皮重合，并将山墙内侧第一排柱子中心线内移500mm ，纵向定位轴线见厂房平面布置图。

12326090500850750,e 850mm e B B B mm mm =++=++=>=取。

注：1B 由吊车类型查得：20/5型，跨度22.5m ，1B =260mm

2B 为吊车外边缘至柱内缘宽度，由于Q<50t ，所以2280mm 90mm B B ≥=，取

33b 500mm B B ==为上柱截面高度：

排架的荷载计算

（一）荷载的基本数据

钢筋混凝土容重 3

25/m kN 水泥砂浆容重 320/m kN 砖墙容重 318/m kN 钢门窗自重 30.4/m kN 钢轨及垫层容重 30.6/m kN

二毡三油防水层自重 20.35/m kN （沿斜面方向） 找平层自重 20.4/m kN （沿水平方向）

屋面活荷载 2

/5.0m kN 屋面积灰荷载 2

0.5/m kN （二）恒荷载

1、屋盖部分传来的恒载1P P

天窗架 36272kN ?= 天窗端壁 kN 120260=?

屋面板重（包括灌缝） 1.4624201.6kN ??= Sbs 防水卷材 62457.6kN 20?0.02??= CC2建筑防水沥青油膏 0.022062457.6kN ???= 1:3水泥砂浆找平层20厚 62457.6kN 20?0.02??= 80厚珍珠岩保湿层 kN 0.4624608.04=???

1：3水泥砂浆找坡2% kN kN 6.572464.0=?? 屋架重 106kN 合计 kN 776

每块天沟板及积水重： 2.02612.12kN ?= 综上：kN P P 14.480)12.122

776

(

2.11=+?= 2、柱自重P P 2和3P P

上柱重： kN P P 5.288.35.05.0252.12=????= 下柱重：

柱身：kN 38.72)12.0(2.15.0)12.02.04.01.9(298.025=?

??

?

??+??+----?? 牛腿：kN 25.105.04.04.12.024.12.125=???

?

?

???+?+?

综上：kN P P 16.99)25.1038.72(2.13=+?=

3、混凝土吊车梁及轨道重4P P

kN P P 36.57)616.02.44(2.14=??+?=

（三）活荷载

1、屋面活荷载1Q P

屋面活荷载2/5.0m kN ，屋面积灰荷载2

0.5/m kN 。雪荷载2

0.2/m kN 。排架柱计算

附图2：排架柱标高

时，屋面积灰荷载和雪荷载或屋面活荷载中的较大值同时考虑。

kN P Q 8.1002

24

6)5.05.0(4.11=?

?+?= 注：1Q P 作用位置同1P P

2、吊车荷载

采用两台200/50KN 中级工作制吊车（吊车具体参数见任务书） （1） 竖向吊车荷载

由规范查得：两台中级吊车的折减系数0.9β= kN P Q G P 452152

200

3202max min =-+=-+=

附图3：吊车梁支座竖向反力影响线求max D 时的吊车位置

kN y P D i Q 89.568)6

3

.07.46.11(2154.19.0max max =+++???==∑βγ

kN P P D D 07.119215

45

.89.568max min max

min =?== （2） 水平吊车荷载 每个轮子的水平刹车力：()1

4

k T Q g =

α+ 由规范：10.0502015=<=<α时，t t Q t 所以kN T k 95.6)781020(10.04

1

=+???=

产生max T 时吊车作用位置和竖向荷载作用时相同， 所以kN P T D T k 40.18215

95

.689.568max max

max =?== 3、风荷载

（1）求均布荷载q

由《建筑结构荷载规范》，单层厂房的风载体型系数如图所示。

柱顶离室外地坪高度为：12.40.1512.55m +=，

12.5510

1 1.07141510z -μ=+

?-（1.14-1.00）=

20/37.0100

7

3.0m kN w =+=

则：

)(/66.2637.00714.18.04.101→=????==m kN B q z s Q ωμμγ )(/66.1637.00714.15.04.102→=????==m kN B q z s Q ωμμγ

标高

10

15

20

30

z μ

1.00 1.14 1.25 1.42

附图6：风压高度变化系数z μ（B 类粗糙度）

注：以下使用的z μ均从上表数据按直线内插法求得

（3） 求集中荷载W

屋架檐口离室外地坪高度为m 45.1415.03.14=+，故125.1=z μ

天窗、屋架交界处离室外地坪高度为m 03.1615.088.15=+，故163.1=z μ 天窗檐口离室外地坪高度为m 03.2015.088.19=+，故251.1=z μ 天窗顶离室外地坪高度为m 46.2015.031.20=+，故258.1=z μ 按风载计算简图计算集中风荷载W

附图4：风载体型系数图 附图5：框架风荷载计算简图

风向

)(/80.2637.0125.18.04.13→=????=m kN q

)(/72.0637.0163.12.04.14←-=????-=m kN q )(/33.2637.0251.16.04.15→=????=m kN q

6q 与7q 在水平方向相抵消

)(/33.2637.0251.16.04.18→=????=m N q )(/17.2637.0163.16.04.19→=????=m kN q )(/74.1637.0125.15.04.110→=????=m kN q

)

(18.29)88.1588.19)(()30.1488.15()()40.1230.14()(8594103→=-++-?++-?+=kN q q q q q q W 集中风荷载W 作用点标高为12.40m 。

排架的计算简图及荷载作用位置图如下图所示。

附图8：排架计算简图及荷载作用位置图

内力分析

（一）恒载作用下的排架内力

单层厂房多属于装配式结构，柱、吊车梁和轨道的自重，多是在预制柱吊装就位完毕而屋架尚未安装时施加在柱子上的，此时尚未构成排架结构。但在设计中，为了与其他荷载的计算方法相一致，在柱、吊车梁和轨道的自重作用下仍按排架结构进行内力计算。

1、由1P P 产生的弯矩和轴力

kN P P 14.4801=

m kN e P M P ?=?=?=01.481.014.4801111 m kN e P M P ?=?=?=04.12025.014.4802112

附图7：屋架集中荷载计算简图

093.010

61.51021.510

9=??==l u I I n

3.8

0.29512.9

u H H λ=

== 22.2)

1093.01(295.01)093.01

1(295.0123)11(1)11(12332321=-+--?=-+--?

=n n C λλ )(26.89

.1201

.4822.211111→=?==kN H M C R

095.1)

1093

.01(295.01295.0123)11(112

3

32

323=-+-?=-+-?

=n C λλ )(19.109

.1204.120095.1123

12→=?==kN H M C R kN N 14.4801= )(45.1819.1026.812111→=+=+=kN R R R

2、由柱自重产生的弯矩和轴力

（1）上柱重

kN P P 5.282=

m kN e P M P ?=?=?=13.725.05.282222

)(605.09

.1213

.7095.1113

2→=?==kN H M C R kN N 5.282=

（2）下柱重

kN P P 16.993= , kN N 16.993=，只产生轴力而不产生弯矩。

3、由4P P 产生的弯矩和轴力

kN P P 36.574= m kN e P M P ?=?=?=81.2545.036.574444

)(20.29

.1281

.25095.1113

4→=?==kN H M C R kN N 36.574=

综上 ：255.212.2605.045.18421=++=++=R R R R

附图9

恒载作用下的计算简图和内力分图如下图所示。

（二）屋面活荷载作用下的排架内力

1Q P 与1P P 作用位置相同，即成比例。 kN P Q 8.1001= )(04.596

.

3148

.1001.12→=?

=kN R

m kN M ?=?

=08.1096.3148

.10050.3111

m kN M ?=?=2.2596

.3148

.10074.7812 kN N 8.100=

屋面活荷载作用下的计算简图和内力图如下图所示。

（三）吊车竖向荷载作用下的排架内力 1、最大轮压作用于A 柱时

A 柱： m kN e D M A ?=?==00.25645.089.5684max

附图10：恒载计算简图及内力图

附图11：活载计算简图及内力图

B 柱： m kN e D M B ?=?==58.5345.007.1194min 计算简图如图所示。

与恒载计算相同，095.13=C

A 柱 )(73.219.12

00

.256095.13

←-=?==kN H M C R A A B 柱 )(55.49

.1258

.53095.13→=?==kN H M C R B B

A 柱与

B 柱相同，剪力分配系数0.5A B ηη==，则A 柱与B 柱柱顶的剪力为 A 柱 )(14.13)55.473.21(5.073.21)(←-=+-?--=+-=kN R R R V B A A A A η B 柱 )(14.13)55.473.21(5.055.4)(→=+-?-=+-=kN R R R V B A B B B η

所以内力图如下图所示。

（四）吊车水平制动力作用下的排架内力

1、max T 向左作用

柱中轴力为零。由前述所得093.0=n ，0.295λ=

附图12：吊车竖向荷载作用下计算简图

附图13

A 柱 kN T T A 40.18max ==

B 柱 kN T T B 40.18max ==

12.40.6583.8

u y H -==（8.6+1.2+0.1），查附表3-2可得： 335330.4160.4162 1.80.22 1.80.2950.2950.20.1210.73011211210.29510.121n C n λλλ????

-+--?+- ? ?

????=

==????????+-+- ? ?????

???????

?

kN T C R R B A 43.13730.040.18max =?===

考虑空间作用分配系数m ，查表得m=0.80，且A 柱与B 柱相同，剪力分配系数

0.5A B ηη==， A 柱与B 柱的剪力为

A 柱：)(69.2)43.1343.13(8.05.043.13)(→=+??-=+-=kN R R m R V

B A A A A η B 柱：)(69.2)43.1343.13(8.05.043.13)(→=+??-=+-=kN R R m R V B A B A B η 计算简图如下图所示。

根据柱顶剪力和求的max T 向左作用下，排架弯矩如下图所示。

附图14：吊车水平力作用下排架计算简图

附图15：排架弯矩图

2、max T 向右作用

由于机构对称，M 图与上图刚好相反，如图中的虚线所示。

（五）风荷载所用下排架内力 1、左来风情况

)(/66.21→=m kN q ， )(/66.12→=m kN q 278.0)

1093

.01(295.01)1093.01

(295.0183)11(1)11(183343411=-+--?=-+-+?=n n C λλ

)(54.99.1266.2278.01111←-=??-=-=kN H q C R )(95.59.1266.1278.02112←-=??-=-=kN H q C R

5.021==ηη

)(34.22)95.554.918.29(5.0)(2112,2,→=++?=--==kN R R W V V B A η

叠加上诉两个状态，恢复结构原有受力状态，即得该柱的柱顶剪力

)(8.1254.934.2212,→=-=+=kN R V V A A )(56.1727.683.2322,→=-=+=kN R V V B B

排架单元为对称结构，柱中的轴力为零，计算简图如下图所示。

附图16

根据计算，左来风的情况下框架的M图如上图中实线所示。

2、右来风的情况。

由于结构的对称性，M图如上图中所示。

内力组合

排架单元为对称结构，可仅考虑A柱的截面。组合情况见下表。

柱号、控制截面及轴向内力恒载活载

竖向吊车荷载水平吊车荷载风荷载

最大轮压作用于水平力向左水平力向右左来风右来风

A B

1 2 3 4 5 6 7 8

Ⅰ-ⅠM 32.7 5.05 -49.95 -49.95 -13.71 13.71 68.85 -75.42 N 508.64 100.8 0 0 0 0 0 0

Ⅱ-ⅡM -68.6 -20.15 206.05 3.63 -13.71 13.71 68.85 -75.42 N 607.8 100.8 568.89 119.07 0 0 0 0

Ⅲ-ⅢM 120.04 15.12 86.62 -116 -156.65 156.65 394.79 -341.37 N 665.16 100.8 568.89 119.07 0 0 0 0

V 21.25 5.04 -13.15 -13.15 -15.71 15.71 49.99 -40.14

ⅠⅠ

ⅡⅡ

ⅢⅢ

排架柱设计 （一）A 轴柱 1、设计资料

截面尺寸：上柱 正方形截面：500500mm mm ?

下柱 I 形截面: mm t 120=，mm h 1200=，'

500f f b b mm == mm h h f f 190'

== 材料等级：混凝土 C25 2

/9.11mm N f c =

钢筋 纵向受力钢筋为HRB335，'2

300/y y f f N mm == 箍筋为HRB235，'2

210/y y f f N mm == 计算长度：排架平面内: 上柱：u 22 3.87.6H m =?= 下柱：l 19.19.1H m =?= 排架平面外： 上柱：u 1.5 1.5 3.8 5.7H m =?= 下柱：l 19.19.1H m =?= 2、内力

（1）上柱：C25混凝土 2/9.11mm N f c = 则550.0=b ξ 假定梁内为一层钢筋： 050035465s h h a mm =-=-= 所以kN 7.1521550.04655009.110=???==b c b bh f N ξ

由于内力组合表中Ⅰ-Ⅰ截面的控制内力N 均小于b N ，则都属于大偏心受压，所以选取弯矩较大而轴力较小的情况，经比较取出下面的组合：

m 47.92-M ?=kN ，m 64.508N ?= （2）下柱

由于下柱在长度范围内配筋相同，比较Ⅱ-Ⅱ截面和Ⅲ-Ⅲ截面的控制内力，可以看出Ⅲ-Ⅲ起控制作用

mm a h h s 11653512000=-=-=

kN

bh f h t b f N b c f f c b 2.1774560.011651209.11190)120500(9.11)(0''=???+-=+-=ξ

从内力组合表中Ⅲ-Ⅲ截面的控制内力均小于b N ，则都属于大偏心受压，所以选取弯矩较大而轴力较小的情况，经比较取出下面的内力组合：

kN V kN N m kN M 85.40;88.1267;90.707-==?= kN V kN N m kN M 85.40;32.772;58.431-==?-=

3、配筋计算（采用对称配筋）

（1）上柱 kN N m kN M 64.508,47.92=?-=

mm a mm b f N x s c 70249.85500

9.111064.508'3

=>=??==,大偏压。

mm N M e 8.18110

64.5081047.923

6

0=??== 16.72030

a h

e mm mm =

=<，所以取20a e mm = mm mm e e e a i 8.201208.1810=+=+=

558.7500

76000>==h l 192.25086402500009.115.05.01>=??==N A f c ζ取11ζ=

215.215 1.0l h

ζ=≈=， 排架结构属于有测移结构：m 1.00.85.C K ==，

32.11158.7465/8.201140085.010.1/140012

2102

0=??

????????+?=????

?

??????????

??+=ζζηh e h l K C i m

mm a h e e s i 4.481352

500

8.20132.12=-+?=-+

=ηmm a h e e s 4.51354654.481'0'=+-=+-=

2

3001'233)

35465(300)249.85465(49.855009.110.14.4811064.508)'()2(mm a h f x h bx f M A A s y c s s =-?-???-??=---==α

所以选用220II Φ的级钢筋（2

628mm A s =），箍筋选用

6@200φ，配筋图如下图所示。

垂直弯矩平面的承载力验算：

05700

11.4500

l b ==（0l 为平面外计算长度）

， 查表得：0.959?=

kN

N kN A f A f N s y c c 44.6093034)6283005009.11(959.0)(max 2'=>=?+??=+=?（满足要求）

（2）下柱： kN h b f N f f c f 11311905009.110.1'

1'

=???==α

内力组合a ：kN N kN N m kN M f 113188.1267;90.707'

=>=?=，中和轴处于受压区翼缘部分。

mm a mm b f N x s c 702213500

9.111088.1267'3

=>=??==

mm N M e 3.5581088.12671090.7073

6

0=??==

mm h e a 4030

120030===

mm mm e e e a i 3.598403.5580=+=+=

558.71200

91000>==h l 140.112678801098.29.115.05.05

1>=???==N A f c ζ，取11=ζ

1558.71200

91000<==h l ，取2 1.0ζ= 排架结构属于有侧移结构， m 1.00.85.C K ==，

07.11158.71165/3.598140085.010.1/1400122102

0=??????????+?=????

?

??????????

??+=ζζηh e h l K C i m

mm a h e e s i 2.1205352

1200

3.59807.12=-+?=-+

=ηmm a h e e s 2.753511652.1205'0'=+-=+-=

内力组合b ：kN N kN N m kN M f 113132.772;58.431'=<=?-= 所以中和轴处于受压区翼缘部分。

附图17：排架上柱截面配筋图

mm a mm b f N x s c 7028.129500

9.111032.772'3

=>=??==

mm N M e 8.5581032.7721058.4313

6

0=??==

mm h e a 4030

120030===

mm mm e e e a i 8.598408.5580=+=+=

129.27723201098.29.115.05.05

1>=???==N A f c ζ，取11=ζ

1558.71200

91000<==h l ，取2 1.0ζ= 排架结构属于有侧移结构， m 1.00.85.C K ==，

07.11158.71165/8.598140085.010.1/140012

2102

0=??

????????+?=????

?

??????????

??+=ζζηh e h l K C i m mm a h e e s i 7.1205352

12008.59807.12=-+?=-+

=ηmm a h e e s 7.753511657.1205'0'=+-=+-=

20''4.172)

351165(3007

.75772320)'(mm a h f Ne A A s y s

s =-??=-==

对两组内力进行比较，按照内力组合a 进行配筋，选用218II Φ的级钢筋

（2

509mm A s =），箍筋选用6@200φ，配筋图如附图18所示：

平面外承载力验算：

251098.2mm A ?=

91011.4?=y I mm A I i y

y 4.1171098.21011.45

9

=??==

5.774

.11791000==i l ,查表得689.0=?